CO_(2)空气源热泵在大连期货大厦生活热水改造工程中的应用
2021年第5期（总第49卷第363期）No. 5 in 2021 (Total Vol. 49 ,No. 363)建筑节能（中英文）
Journal o f BEE
■暖通空调
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doi ： 10.3969/j. issn. 2096-9422.2021.05.013
co2空气源热泵在大连期货大厦生活
热水改造工程中的应用
郭明
(大连大学建筑工程学院，辽宁大连116000)
摘要：大连期货大厦位于大连星海广场会展路，总建筑面积12万m2，建筑总高242.8 m。介绍了
c o2空气源热泵机组在大连期货大厦生活热水改造工程中的应用。通过项目改造的实施方
教师节诗歌赞美老师
案介绍了大连期货大厦c o2热泵改造项目系统原理、c o2空气源热泵机组台数的计算确定、
c o2空气源热泵年运行费用的计算并进行了经济性分析。c o2比其他工质具有独特优点，
c o2热泵机组的寿命长、安全稳定可靠、维修量极低。经过实际运行后，取得了很好的节能效
果，经济效果理想，业主满意。
关键词：C02空气源热泵机组；冷媒；COP；容积式换热器
中图分类号：TU83 文献标志码：A文章编号：2096-9422(2021) 05-007143
C02Air Source Heat Pump in the Domestic Hot Water Reconstruction
Project of Dalian Futures Building
GUO Ming
(College of Architectural Engineering,Dalian University,Dalian 116000, Liaoning,China)
Abstract：Dalian futures building is located in Dalian Xinghai Square Exhibition Road, with a total co
nstruction area of 120 000 square meters and a total height of 242. 8 meters. The application of carbon dioxide air source heat pump unit in the domestic hot water reconstruction project of Dalian Futures Building is expounded，as well as the system principle of CO2heat pump transformation project，the calculation and determination of the number of CO2air source heat pump units，the calculation and economic analysis of the annual operation cost of C02air source heat pump. Compared with other refrigerants, C02has unique advantages, such as long service life, safety, stability and reliability, and low maintenance. After the actual operation, it has achieved good energy-saving effect, economic effect is ideal，and the owner is satisfied.
Keywords：C02air source heat pump unit；refrigerant；COP；storage heat exchanger
0引言
近几年来，我国北方地区冬季大气污染形势严峻，以可吸入细颗粒物（PM2.5)为特征污染物的区域 性大气环境问题日益突出，损害人民众身体健康，影响社会和谐稳定。同时，随着我国工业化、城镇化 的深入推进，能源消耗持续增加，大气污染防治压力 继续加大。
为切实改善空气质量，国务院在2013年提出了 《大气污染防治行动计划》。总体目标是经过5年努
收稿日期:202046 -17；修回日期:2021 *05 -19力，使全国空气质量总体改善，重污染天气较大幅度 减少；京津冀、长三角、珠三角等区域空气质量明显好 转。力争再用5年或更长时间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。
自2013年以来，我国北方地区加快推进“煤改 气”“煤改电”工程建设。2018年中央又提出坚持宜 电则电、宜气则气的指导方针，以供定改，先立后破11]，加快清洁能源替代利用。
1项目改造的背景
大连期货大厦位于大连星海广场会展路，总建筑面
[J 1
郭明：c o 2空气源热泵在人连期货大協生活热水改造I ：程中的应叫
积12万m 2，地上53层，地下3层，建筑总高242. 8 m 。
大连期货大厦的生活热水主要供应地下1层的 洗浴中心、地下1层的员工餐厅使用，原生活热水的 热源由大发热电供热公司提供的市政蒸汽管网供应。 现由于国家对“雾霾”治理力度的加强，并着重推动 “煤改气”和“煤改电”的清洁能源使用进程，大发热 电的非冬季蒸汽供应能力受到影响，现提前通知期货
大厦物业管理部门，2019年将不再为大厦提供非冬季 的蒸汽热源。为保证大厦生活热水的正常供应，大厦 将非冬季生活热水的热源替代和改造方案提上了日 程，c o 2空气源热泵机组成为这次热源改造的首选 方案。
2 生活热水的用量统计和系统的现状
大连期货大厦的生活热水换热间位于地下3层，由两个容积为6. 5 m 3的汽-水容积式换热器和配套 的热水循环栗组成，市政蒸汽的压力很不稳定，一次 侧蒸汽的压力一般为0.4 MPa 。
末端情况：行政公司共16个淋浴头，物业公司共 32个淋浴头，两个餐厅共8个淋浴头，总计淋浴头 56个，另外两个餐厅还有餐具洗涤、洗菜等用热水。
根据物业管理公司2017年10月份统计的热水 用量为：535 t ，则每天的平均热水用量可按23 t 来 计算。
根据物业管理公司提供的数据，本项目大发热电 公司给大厦的蒸汽定额为288 1/月；由于不同月份蒸 汽的消耗量不同，地下3层容积式汽水换热器平均每 个月的蒸汽消耗量可按240 t /月（含管网损失）计算， 蒸汽价格按190元/t 计。
3 项目改造的实施方案
粥的做法
地下3层的生活热水换热间面积较小，设备布置 紧凑，没有空闲的空间来布置新增加的蓄热水罐。经 现场调研和勘查，提出如下的改造方案：
(1)
利用生活热水换热间内的两个容积为6.5 m 3 的汽-水容积式换热器作为这次改造的蓄热水罐，蓄 热温度定为90 t 。关闭容积式换热器上的蒸汽阀 门，调整现有各水侧的接口顺序，保证容积式换热器 内蓄热均勻、无死角，保证罐体内的热水水温竖向自 然分层。
(2)
原汽-水容积式换热器二次侧的热水循环泵 继续使用，不予改造。
如何申请
(3) 由于地下3层生活热水换热间的相邻房间即 为大厦的中央冷水机房（兼换热站），冷水机房面积约 600 m 2左右，层高为6 m ，供暖季和制冷季节冷水机 房内的温度都很高，约35 t ：左右。本次热源改造将 2台空气源热杲机组安装在冷水机房内内，充分吸收
室内的热量，让热泵机组处于高效状态下运行，同时 热泵机组排出的冷空气用于降低冷水机房内的温度， 改善值班工人的工作环境。
(4) 热泵机组的配电就近从邻近的配电室接人即
可，配电柜内有空余的空开可直接使用。
(5) C 02热栗机组和容积式换热器之间的热水循
环加热管采用铜管，采用35 mm 厚的柔性橡塑材料
保温。4
C 02空气源热泵机组的介绍
C 02空气源热泵采用自然界普遍存在的自然工
质C 02(又名R 744)作为冷媒，利用热泵技术，在输入 1 kW 的电功率时，最多可从空气中获得4 kW 的热 能，因此,C 02空气源热泵的效率是传统热源（比如电 锅炉）的4倍左右，可大幅降低用户的能源消耗，促进 低碳环保发展。
C 02空气源热泵在低温和超低温的环境下有强 劲的制热能力，衰减系数小，当冬季室外环境温度为
-25 t 时热泵机组的出水温度仍可高达90 t ，在非 冬季的室外温度下，COP 值可达到4左右。
C 02空气源热泵广泛应用于酒店、宾馆、医院、养 老院、洗浴中心等的生活热水的制备方面，对于北
方 冬季室外温度很低的情况更能发挥其优势。
c o 2空气源热泵机组采用自然界普遍存在的
C 〇2作为循环工质，因为c o 2作为工质具有下列优联合国总部所在地
点:①具备环境友好型，臭氧层破坏系数ODP  =0，全 球变暖值GWP  = 1;②安全性好、无毒、不燃;③良好 的传热性能和流动性；④容积制冷量大，比R 22大 5倍;⑤与普通润滑剂和架构材料想兼容;⑥价格便 宜，维护成本低，不受合成冷媒化工巨头专利的限制。
C 〇2作为冷媒的缺点是工作压力高，在跨临界状态下
工作，节流损失大，目前系统成本偏高。
本项目采用的c o 2空气源热泵是日本原装进口 的设备，单台的额定制热量为64 kW (室外空气干球 温度为16 t 时），可标配一个8 t 的生活热水的蓄热 水箱，技术先进，质量可靠，高效节能。
由于C 02热泵机组的出水温度高，为90 t ，所需 不锈钢蓄热水箱的容积小，占地面积小，特别适合于
改造工程。而一般国产的空气源热泵机组的出水温度 低，为55 t ，故所需的不锈钢蓄热水箱的容积大，
占 地面积也大，不太适合于改造工程。c o 2热泵机组的寿命长，安全稳定可靠，维修量 极低。国产空气源热泵机组的初投资低，出水温度 低，维修量大，在低温下衰减严重，且北方地区售后服 务尚在建立，安全稳定性相比有待提升。
GUO M ing. C02A ir Source Heat Pump in the Domestic Hot Water Reconstruction Project o f Dalian Futures Building
5 C02空气源热泵台数的计算确定
本方案选用了某国外品牌的C02空气源热杲作 为生活热水的热源，见图1、2。
当环境温度为15 热茱机组的出热水温度设
定为90 t：，自来水温度为10 t：时，C02热泵机组的热 水出水量为〇.8 m3/h[2]。生活热水热负荷:23 000 x (55 - 10) +0. 86 = 1 203 kW/d。所需 C02 热泵机组 的台数[1]为 1203 000 \¥+[800 1^/11)<(90^：- 10 t) +0. 86 x8 h]二2 台〇
图1大连期货大厦c o2热泵项目现场安装实图
由上述计算可知，平均每天23 t的热水用量，末 端用水温度按55 t计算，换算成90 t的热水储存 时，需要蓄热水罐的容积为:23 1〇3乂（55 - 10)/(90 - 10) =13 m3(90 t热水换算）a
运行策略：热泵机组夜间谷电时段运行8 h蓄热。利用现有的两个容积为6.5 m3的汽-水容积式换热器的热水侧来当做蓄热用的储罐，配套的二次侧热水 循环泵不变，这样可节省初投资。
6 0)2空气源热泵年运行费用的计算
c o2空气源热泵在大连地区全年的加热效率APF= 3.45，热水用量为23 000 L/d(按55 t：换算），每天 的加热量为 23 000 IV
d x (55 t： - 10 t) + 860 = 1 203 kW/d；每天热泵机组的耗电量为1 203 kW/d+ 3.45 = 349 kW-h/d
每天热泵机组的耗电费用：349 kW •!!/£!x 0•8 ^£/kW.h=279
热泵机组非全年（不含冬季）的运行费用：279 元/d x213 d= 59 427 元/年《6 万元。（一年 365 d，扣除冬季152 d，剩余213 d。)
综上，即本项目生活热水的热源改造后，全年生 活热水的运行成本为:6万元/年。
7原蒸汽换热系统全年（不含冬季）蒸汽年运行成本
由于不同的月份蒸汽的消耗量不同，地下3层容 积式换热器平均每个月消耗的蒸汽量可按240 1/月(含
管网损失）计算，蒸汽价格按190元/t计算。则本 项目全年（不含冬季）的蒸汽消耗量为：240 t/月x (213 d+ 30 d/月）=1 704 1/年，全年（不含冬季）的 运行费用=1 704 1/年x190元/t«32万元。
8 经济性分析
由前面的计算可知，本次热源改造需要配置2台额定制热量为64 kW的C02空气源热泵机组，设备 初投资为60万元，其他配套的管道、阀门、人工和税 率等合计约4万元左右，则整体的初投资约为64万元 左右。
由此，C02空气源热泵机组的年运行费用约为6万元。据物业公司统计生活热水的原市政蒸汽的年 运行费用约为32万元。
后会无期 徐良由此，由市政蒸汽热源改为c o2热栗机组后，年 运行费用可节省:32万元-6万元=26万元。
则本次改造采用c o2热泵机组的初投资回收期 为:64万元+ 26万元=2.5年（< 3年）。初投资的 回收期小于3年，方案优。
9 结语
本项目2018年年底已投入使用，制热效果十分 理想，业主很满意。热泵机组的出水水温恒定在90 t，
两个容积式换热器内的蓄水水温温度在60 t，满足末端各处热水用水点的用水量需求，现本项目已 交付甲方使用。C02空气源热泵机组十分适合北方 地区冬季室外气温低的地区使用，制热效率高、出水 温度髙、水温恒定，应用前景十分广阔。
参考文献：
[1 ]供热相关政策汇编[G].北京：中国城镇供热协会,2018.
[2]全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调•动力[M].北京：中国计划出版社，2009.
作者简介：郭明（1963)，女，辽宁沈阳人，暖通空调专业，硕士，教授级高级工程师，研究方向为暖通空调（1〇〇64484!********)
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